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基于SnAgCu无铅钎料的LED倒装用固晶锡膏开发与性能研究

基于SnAgCu无铅钎料的LED倒装用固晶锡膏开发与性能研究

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作者：何其航江苏科技大学

学位级别：硕士

随着LED行业的蓬勃发展,器件结构逐渐向小微型发展,这也就意味着将对散热及封装技术的要求更高,也需要进一步改进倒装结构及研发适合细间距高导热的连接材料。之前广泛使用的导电银胶由于其导热率较低,已无法满足大功率LED的散热需求而... 详细信息

随着LED行业的蓬勃发展,器件结构逐渐向小微型发展,这也就意味着将对散热及封装技术的要求更高,也需要进一步改进倒装结构及研发适合细间距高导热的连接材料。之前广泛使用的导电银胶由于其导热率较低,已无法满足大功率LED的散热需求而逐渐退出市场。相比之下,固晶锡膏的导热率更高、粘结强度更强,可以满足大功率LED散热以及可靠性需求,逐渐为封装材料行业所青睐。然而,市面上的固晶锡膏应用在细间距印刷与焊接时,因为其印刷性能以及焊接性能不好,所以在印刷时会出现桥连、坍塌等缺陷,同时在焊接过后有锡珠以及较多的残留。针对这个问题,本文将分别从助焊剂组分中的成膜剂、触变剂、活性剂入手,评估不同助焊剂组分下的固晶锡膏的印刷性能、抗坍塌性能以及焊接性能,并借助粘度测试、触变性测试、滞后环测试、振荡应力测试等流变测试手段进一步探究不同流变学参数对锡膏流变性能的影响。最后,本文还将自制锡膏的各项性能与商用锡膏进行了对比。本文通过选取不同种类的触变剂、成膜剂和活性剂,测试了不同组分下固晶锡膏印刷、坍塌以及焊接性能。结果表明,采用丁二酸制备的锡膏有着相对较好的抗坍塌性能、焊接性能以及印刷性能。对于成膜剂而言,选择酸值大、软化点高的松香（KE604）制备的锡膏有更好的焊接性能、印刷性能。对于触变剂而言,选择酰胺蜡类触变剂（J630）制备的锡膏与选择氢化蓖麻油类的触变剂制备的锡膏相比有着更为优异的印刷性能。此外,本文还对含有不同助焊剂组分的锡膏进行了流变性能测试。结果表明,对于触变剂而言,酰胺蜡类触变剂有着比氢化蓖麻油类的触变剂更强的触变恢复能力。含有酰胺蜡类触变剂（J630）的锡膏有着出色的触变恢复指数以及较好的流动性能。对于成膜剂而言,选择软化点越大的松香（KE604）制成的锡膏,拥有较高的触变恢复能力,选择松香（KR610）制成的锡膏,具有较小的耗损系数以及较好的结构稳定性。对于活性剂而言,直链二元羧酸中,采用分子数越低的活性剂对于锡膏的结构稳定性越好。另外综合比较之下,触变剂相较于成膜剂与活性剂对于锡膏流变性能的影响更大,尤其对锡膏的粘度、触变恢复指数以及流动应力的影响最明显。平行实验表明,自制锡膏在印刷性能、抗坍塌性能等方面优于商用锡膏,同时自制锡膏有着与商用锡膏相当的力学性能,并且可以满足焊盘间距在75μm及其以上的焊接需求。

关键词：细间距固晶锡膏印刷性能抗坍塌性能流变性能

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LED固晶锡膏流变、印刷及焊接性能研究

LED固晶锡膏流变、印刷及焊接性能研究

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作者：刘鲁亭江苏科技大学

学位级别：硕士

大功率LED作为第四代电光源,因其低功耗、高光效、安全环保、寿命长等优点成为照明业界的新宠。但是随着大功率LED的快速应用,芯片散热问题成为制约照明行业发展的主要瓶颈之一。从LED封装结构来看,固晶材料的选择及固晶质量对大功率LE... 详细信息

大功率LED作为第四代电光源,因其低功耗、高光效、安全环保、寿命长等优点成为照明业界的新宠。但是随着大功率LED的快速应用,芯片散热问题成为制约照明行业发展的主要瓶颈之一。从LED封装结构来看,固晶材料的选择及固晶质量对大功率LED的散热有着重要影响。传统的固晶材料-银胶由于对可见光有一定的吸收作用并且热导率较低已经不能满足大功率LED的性能要求。在此背景下,市场上出现了一种固晶锡膏,能够有效解决大功率LED的散热问题。但是这种材料在应用于细间距焊接时会产生桥连、芯片漂移和空洞等问题。针对以上问题,本文从助焊剂的三大组分触变剂、活性剂和溶剂出发,以Sn3.0Ag0.5Cu金属粉末搭配不同助焊剂制备的固晶锡膏为研究对象,通过印刷测试、老化测试和焊接测试评估了不同助焊剂成分对锡膏印刷性能、抗坍塌性能和焊接性能的影响。并且借助流变学测试方法,包括粘度测试、触变性测试、滞后环测试和震荡应力测试,探究了不同流变学参数对锡膏流变性能的影响。最后,本文进行了自制锡膏与商用锡膏的性能对比。通过选取不同种类的触变剂、溶剂和活性剂,采用印刷实验、老化实验和焊接实验测试固晶锡膏的性能。结果表明,与蓖麻油类触变剂相比,采用聚酰胺蜡类触变剂(Plus)制备的固晶锡膏的粘度更大,采用蓖麻油类触变剂(advitrol00)制备的固晶锡膏抗坍塌性能和焊接性能更好。采用己二醇溶剂制备的固晶锡膏的粘度较大,以醇醚类溶剂(二乙二醇辛醚)制备的固晶锡膏抗坍塌性能和焊接性能比较优异。采用固态有机酸制备的固晶锡膏的粘度比较大,而采用液态有机酸制备的固晶锡膏抗坍塌性能和焊接性能更好。对含有不同组分的固晶锡膏进行流变测试,结果表明:触变剂相较于溶剂和活性剂,对锡膏的粘度、粘弹性和耗损系数的影响最为明显。对于触变剂,聚酰胺蜡类触变剂plus比蓖麻油衍生物类触变剂相对于锡膏具有更高的增稠性、弹性特性和较低的耗损系数。而含有蓖麻油类触变剂advitrol100的锡膏具有适宜的粘度和较高的触变恢复指数。对于溶剂,含有二乙二醇己醚或二乙二醇辛醚的锡膏具有更高的触变恢复指数和良好的流动性。对于活性剂,采用IPU-22作为活性剂,锡膏具有较高的触变恢复指数和较低的耗损系数。平行实验表明,自制锡膏与商用锡膏都具有良好的印刷性能和剪切强度,但是自制锡膏具有更好的抗坍塌性能,并且能够满足焊盘间距在0.08mm以上的焊接要求。

关键词：固晶锡膏流变性能印刷性能抗坍塌性能粘度

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